[發(fā)明專利]四氮唑功能化的UIO-67的合成方法及其應用

有效

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• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109678809B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設計）人: 王俊豪;張瑩
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C07D257/04
• 分類號: C07D257/04;B01J20/22;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 張向瑩

本發(fā)明提供了一種四氮唑功能化的UIO?67的合成方法及其應用，本發(fā)明通過在配體上引入氨甲基四氮唑，合成出氨甲基四氮唑功能化的UIO?67材料，在對聯(lián)苯二甲酸配體中引入醛基，利用氨甲基四氮唑與其反應，并進一步還原，合成新型的四氮唑功能化的聯(lián)苯二甲酸配體，并進一步與Zr⁴⁺反應，制備出四氮唑功能化的UIO?67多孔吸附材料，本發(fā)明的合成方法簡單，成本低，易于推廣應用；四氮唑功能化的UIO?67具有很高的結晶性，具有較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，四氮唑功能化的UIO?67可應用于混合氣體中CO₂的選擇性捕捉和儲存；解決了UIO?67材料對CO₂/N₂的吸附選擇性較低及其在低壓區(qū)附近對CO₂的吸附量較低的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及多孔吸附材料技術領域，具體涉及一種四氮唑功能化的UIO-67的合成方法及其應用。

背景技術

CO₂作為溫室氣體是導致全球變暖的主要原因之一，人類必須面對的主要挑戰(zhàn)之一是努力開發(fā)更有效的二氧化碳捕獲過程。化石燃料導致的CO₂排放量占據全球CO₂排放量的80％，隨著工業(yè)的發(fā)展，其排放量可能還進一步提高。因此，控制和減緩因石化燃料使用而向大氣中排放的CO₂是CO₂減排的重點。工廠的煙道氣排放中除含有15％左右的CO₂外，還含有約75％的N₂，能夠在混合氣體中選擇性地吸附CO₂對于CO₂的捕捉才是至關重要的。濕法洗滌捕獲CO₂即通過胺溶液(例如單乙醇胺)化學吸收CO2，是目前在工業(yè)上大規(guī)模使用的主要技術。然而，由于形成強烈的化學鍵(化學吸附)，胺對二氧化碳雖然具有高選擇性，但是同時也存在著高耗能、高成本等缺點。

利用多孔材料如活性炭和沸石吸附封存CO₂的方案被認為是一種經濟的、可行的CO₂減排方案。金屬有機框架(metal organic frameworks,MOFs)作為一種新型多孔材料，具有高的比表面積和孔隙率，尤其是孔道結構可剪裁易功能化等優(yōu)點，因此在CO₂捕集和存儲方面受到了越來越多的關注。通過在MOFs孔道中引入不飽和金屬位點，極性位點、堿性位點等功能位點，人們已制備出一系列具有較高CO₂/N₂吸附選擇性的材料，然而大部分MOFs材料穩(wěn)定性不高，在有水汽存在的條件下或長時間暴漏于空氣中容易失去結晶性，嚴重限制了MOFs材料在該領域的應用。

Zr-MOFs是由Zr⁴⁺和羧酸配體在溶劑熱條件下合成出的一類新型MOFs，具有很高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，尤其是水穩(wěn)定性，在酸堿長時間處理后仍能保持很高的結晶性和比表面積，而且合成方法簡單，提高了其進一步應用的可能。UIO系列Zr-MOFs如UIO-66，UIO-67，配體簡單易得，合成方法簡單，是目前受到廣泛關注的MOFs材料。其中UIO-67配體長度更長，孔道更大，比表面積也更高，更容易在孔道中進行修飾來調節(jié)其性能。然而UIO-67材料在CO₂/N₂的吸附分離方面存在以下缺點：

1)在低壓區(qū)，如0.15bar附近對CO₂的吸附量較低，工廠煙道氣中CO₂的壓力大概在0.15bar附近，在該壓力下材料對CO₂的吸附容量值更能評價材料對CO₂的吸附性能；

2)對CO₂/N₂的吸附選擇性較低。

因此研發(fā)一種功能化的UIO-67材料，一方面提高低壓區(qū)對CO₂的吸附容量，另一方面對N₂不吸附，從而解決了UIO-67材料在該方面應用的缺陷，將對捕集工廠煙氣排放中的CO₂和存儲具有重要意義。